CC BY
210
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 502.521:502.175
Дубинина М.В., Елесина В.В., Боброва З.М.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ТЕРРИТОРИИ г. МАГНИТОГОРСКА
Аннотация. Выполнена оценка влияния техногенного загрязнения, проведен анализ данных уровня загрязнённости почв г. Магнитогорска, выявлены наиболее загрязненные районы и приведены рекомендации по улучшению состояния почв для экологической безопасности экосистем.
Ключевые слова: почва, экологическая ситуация, загрязняющие вещества, тяжелые металлы, мониторинг земель.
Почва - один из важнейших компонентов экосистемы. Она является практически невосполнимым ресурсом жизнеобеспечения на планете и выполняет протекторную роль по отношению к природным водам, атмосфере и растительности. Но в то же самое время, являясь основным накопителем химических веществ техногенной природы и фактором передачи инфекционных и паразитарных заболеваний, почва может оказывать неблагоприятное влияние на среду обитания и здоровье человека [1].
Благодаря своим особым свойствам, почва во многом определяет экологическое равновесие в целом. Постоянное, продолжительное поступление металлов даже в малых количествах приводит к существенному накоплению их в почве [2].
Значение почвенного покрова для жизни общества определяется тем, что он является основным источником продовольствия, обеспечивающим 97-98% продовольственных ресурсов населения планеты.
Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью, но и незаменимостью компонентов всех наземных биоценозов и биосферы земли в целом. Через почвенный покров земли проходят многочисленные экологические связи всех живущих на земле организмов с литосферой, гидросферой и атмосферой [3].
Загрязнение почвы является одной из причин экологических проблем, возникающих в результате деятельности металлургических гигантов. Один из таких «гигантов» расположен на территории г. Магнитогорск - ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» - предприятие с полным металлургическим циклом. Выбросы из труб приводят к загрязнениям атмосферы. Вредные (загрязняющие) вещества из воздуха поступают в почвы, поверхностные и подземные водные объекты, а далее по биологическим цепям воздействуют на растения, животных и человека [4].
Промышленные загрязнения изменяют свойства почвы и почвообразовательные процессы, снижают потенциальное плодородие, технологическую и питательную ценность сельскохозяйственной продукции.
Последний мониторинг земель в Челябинской области проводился в 2011 г., но в нем не были задейст-
вованы исследования почвы г. Магнитогорска. Поэтому в данной статье приведены исследования за период 1999-2005 гг. [5], которые не потеряли своей актуальности и в настоящее время, поскольку почвенный покров является аккумулятом всех загрязнений.
Исследование загрязнённости почв административных районов показало, что превышение уровня ПДК отмечается в отношении свинца, ртути, хрома и никеля в Правобережном районе города, где проживает большая часть населения. Высокие концентрации хрома, свинца и мышьяка - в Левобережном районе - зоне основной промышленной застройки предприятиями черной металлургии, что доказывает их техногенное происхождение. Настораживают полученные высокие концентрации ртути в почвах всех административных районах города, особенно в Правобережном и Орджо-никидзевском районах (л/ч) (см. таблицу).
Анализ динамики среднегодовых концентраций химических веществ в почвах административных районов выявил тенденцию к росту концентраций никеля в Ленинском районе, свинца в Ленинском и Правобережном районах и Орджоникидзевском левобережье города. Наблюдаемый максимальный уровень загрязнения почв свинцом в юго-восточной зоне левобережья объясняется близостью расположения склада привозных руд, являющегося его основным источником в данном районе города [5].
Характер долевого вклада хрома в уровень загрязнения почв Орджоникидзевского (л/ч) района имеет сходные черты со структурой загрязнения са-нитарно-промышленной зоны. Бенз(а)пирен опасен для человека даже при малых концентрациях. Наличие его в почвах жилой застройки объясняется нахождением тепловых котелен и развитой сетью автотранспорта.
Суммарные данные загрязнения почв ^с) показали максимально высокое канцерогенное загрязнение почв районов, находящихся вблизи промышленной зоны города - в селитебных зонах Орджоникидзевско-го левобережья = 6,79) и Правобережном районе = 9,20). Минимальная концентрация канцерогенов характерна для почв, более удаленных от металлургического комбината районов города - Ленинском и
Раздел 7
Орджоникидзевском (п/ч), где регистрируется интенсивное загрязнение атмосферного воздуха органическими канцерогенами, которые в силу особенностей их физико-химических свойств распространяются на
большие расстояния от их промышленного источника, что вероятно определяет и возможное загрязнение почв органическими канцерогенами.
Среднегодовые концентрации (мг/кг) токсических и канцерогенных веществ в почвах города, 1999-2005 гг.
Химические вещества ПДК Результаты исследования в разных зонах забора проб Средняя концентрация по городу
Правобережный район Орджоникид-зевский район (п/ч) Орджоникидзев-ский район (л/ч) Ю-В Ленинский район Санитарно-защитная зона
Бенз(а)пирен (валовые формы, мг/кг 0,02 7,1810-4 ±0,00 0,00 ±0,00 2,1910-5 ±0,00 1,1010-4 ±0,00 0,00 ±0,00 0,000650 ±0,000429
Медь, мг/кг (подвижная форма) 3 2,25 ±0,45 0,25 ±0,04 0,35 ±0,07 0,65 ±0,36 0,00 ±0,00 0,88 ±0,91
Мышьяк, мг/кг (подвижная форма) 10 4,64 ±1,62 0,00 ±0,00 18,22 ±4,13 0,00 ±0,00 27,53 ±8,59 11,43 ±2,23
Никель, мг/кг (подвижная форма) 4 5,73 ±2,25 2,90 ±0,42 5,76 ±1,45 3,45 ±1,20 19,42 ±2,26 4,45 ±1,70
Ртуть, мг/кг 5 11,5 ±1,05 4,46 ±1,56 8,45 ±0,62 4,76 ±1,08 0,00 ±0,00 6,79 ±3,69
Свинец, мг/кг (подвижная форма) 8 26,25 ±3,10 6,80 ±3,81 2,30 ±1,11 3,43 ±1,21 83,50 ±16,66 9,69 ±2,68
Хром, мг/кг (подвижная форма) 8 8,85 ±2,65 0,00 ±0,00 28,90 ±2,05 0,00 ±0,00 28,25 ±7,35 17,78 ±3,71
Цинк, мг/кг (подвижная форма) 37 3,60 ±0,42 10,45 ±4,33 8,15 ±1,91 13,58 ±2,18 0,00 ±0,00 8,44 ±5,02
Zс 9,20 ±1,03 2,71 ±0,31 6,79 ±0,59 2,43 ±0,24 21,28 ±3,23 6,57 ±0,45
Наличие нулевых результатов бенз(а)пирена, меди, ртути и цинка в санитарно-защитной зоне указывает на то, что исследования в данном районе были проведены некорректно. Это можно объяснить тем, что пробы были взяты на глубине не более 10 см, предполагаем, что на более глубоких горизонтах, в результате инфильтрации, содержание этих веществ будет гораздо выше. Поэтому были взяты данные исследования лаборатории Центра Госсанэпиднадзора в 2004 году [6]. Было исследовано 28 проб почвы, отобранных во всех трех районах города на территории жилой застройки, детских и лечебно-профилактических учреждений, на содержание солей тяжелых металлов. Исследования показали превышение предельно-допустимых концентраций никеля в 27 пробах, меди - в 28, цинка - в 21, свинца - в 2, кобальта - в 20, ртути - в 15, кадмия - в 1.
Аномально высокое содержание тяжелых металлов в почве (медь, цинк, свинец, хром, мышьяк, марганец) устанавливается повсеместно, как в промышленных зонах, так и в жилых кварталах. Превышение ПДК в жилой зоне составляют: по меди - 1,5-2 раза; по цинку - 2-4 раза; по свинцу - 1-5 раз; по марганцу - 1,52,5 раза; по мышьяку - 3-21 раза. Особенно сильно загрязнены мышьяком почвы северо-восточной и восточной частей города. Влияние Магнитогорского промышленного узла настолько велико, что даже в почвах, расположенных за окраинами города, на расстоянии до десяти километров фиксируется повышенное, а иногда и аномально повышенное содержание тяжелых металлов. На территории города фиксируются концентрации
цинка в почве на уровне 0,8-9,3 ПДК, свинца - 0,313,5 ПДК, хрома - 1,7-6 ПДК.
Если оценить ореол загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и бенз(а)пиреном (эти вещества, являясь стойкими загрязнителями, накапливаются в почвах), то наиболее сильное загрязнение наблюдается в непосредственной близости к ОАО «ММК» и к северу от комбината. В почвах промышленной зоны практически все тяжелые металлы имеют тенденцию к накоплению не только на поверхности, но и в глубинных слоях почвы.
Сосредоточение промышленных предприятий на левом берегу реки Урал приводит к тому, что уровень содержания металлов в почвах прилегающих территорий левобережья выше, чем в почвах прилегающих территорий правобережья.
Более загрязненными по суммарному показателю (тяжелые металлы и бенз(а)пирен) являются почвы в поселках Березки, Димитрово, часть Центрального, кварталы старой и новой застройки к западу и северу от улиц Магнитной и Маяковского, часть Соцгорода в районе ТЭЦ.
Аэрокосмическая съемка снежного покрова показала, что зона негативного воздействия комбината черной металлургии наблюдается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения. Кроме того, увеличилось время содержания тяжелых металлов в почве. Так, в Магнитогорске этот показатель составляет: по свинцу -46 лет, по меди - 0,1 года, цинку - 0,5-1,7 года, никелю - 0,6 года, марганцу - 81 год, кобальту - 9,5 лет [7].
Жилую зону условно можно разделить на районы городской застройки и частные приусадебные
56
Теория и технология металлургического производства
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
хозяйства. В почвах частных приусадебных хозяйств содержание тяжелых металлов в 1,5 раза меньше, чем в образцах почв из района городской застройки, что может быть объяснено более активным перемешиванием почвенных слоев при перепахивании и вскапывании огородов [8].
В результате исследования нами предложены следующие рекомендации:
1. Повышение качества контроля канцерогенов и обязательный систематический контроль за веществами, определяющими высокий канцерогенный риск (хром, мышьяк), и веществами, в отношении которых установлены средней приоритетности канцерогенные риски (свинец, бенз(а)пирен, никель).
2. Для получения более достоверной информации по загрязнённости почв следует проводить отбор проб на глубине не менее 10 см, так как, вследствие миграции химических элементов, более загрязнёнными являются глубинные слои почвы.
3. Для сравнительно небольших участков почвенного загрязнения можно применить метод удаления загрязнённого слоя и его захоронение. Но так как проводилось исследование больших территорий, то для улучшения состояния почвы хороший эффект даёт глубокая вспашка, при которой верхний, загрязненный слой почвы опускается на глубину 50-70 см, а нижние слои поднимаются на поверхность. Также можно применять известкование и внесение минеральных удобрений (например, фосфатных, снижающих токсическое действие свинца, меди, цинка).
4. Для ослабления действия выбросов хорошо зарекомендовали себя зелёные насаждения - деревья,
кустарники, растения. Например, одуванчик активно концентрирует из почвы свинец, тополя, липы, сосны, ели являются универсальными «санитарами» окружающей среды.
Литература
1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Вай-нерт Э., Вальтер Р., Ветцель Т. и др. М.: Мир, 1988. 350 с.
2. Исследование почвенного покрова и растительности на загрязненность никелем. URL: http://www.ideasandmoney.ru/Ntrr/Details/119082 (дата обращения: 10.11.2013).
3. Докучаев В.В. Исследование почвы. Земля и почва. URL: http://www.ecofactor.ru/articles/issledovaniepochvi/ (дата обращения: 14.11.2013).
4. Инвестиционный паспорт Магнитогорского городского округа Челябинской области. URL: http://oblinvest74.ru/investpasport new?article=1579 (дата обращения: 6.11.2013).
5. Антипанова Н.А. Геохимическое загрязнение и канцерогенный риск здоровью экспонируемого населения центра черной металлургии // Современные проблемы науки и образования. 2007. №3. С. 97-101.
6. Экология городов Челябинской области. URL: http://www.protown.ru/russia/obl/articles/articles 1549.ht ml (дата обращения: 08.11.2013).
7. Большина Е.П. Экология металлургического производства. Курс лекций. Новотроицк: НФ НИТУ «МИСиС», 2012. 155 с.
8. Магнитогорская почва. URL: http://www.ecomagnitka.org/ (дата обращения: 13.11.2013).
Сведения об авторах
Боброва Залия Маратовна - канд. техн. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-88.
Елесина Валерия Валерьевна - студентка факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].
Дубинина Майя Витальевна - студентка факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
♦ ♦ ♦
УДК 628.316.12
Черчинцев В.Д., Серова А. А.
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ УДАЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ЮЖНОГО УРАЛА
Аннотация. Приведен анализ существующих способов удаления тяжелых металлов из сточных вод металлургических предприятий. Особое внимание обращается на целесообразность и эффективность применения различных методов. На основе проведенного исследования подчеркивается возрастающий интерес к биологической очистке техногенных вод от тяжелых металлов.
Ключевые слова: сточные воды, тяжелые металлы, способы очистки сточных вод, самоочищение водоемов, накопление металлов.
